DE2006176C3 - Elektrische Schalteranordnung - Google Patents

Description

Die Gründung bezieht sich auf eine elektrische Schalteranordnung mit mehreicn, ilurcli Druck beläiigbareu I berhrückungskontakten zur Verbindung Min i'esien Kontakten.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (deutsche Auslegeschrilt I I 65 I 2^l>) bestehen die I'esien Kontakte aus parallel zueinander angeordneten Leitern, und die t'berbiückungskontakte werden von metallischen Kontaktstäben gebildet, welche an einem elastisch vci formbaren Element angeordnet sind. Sobald man einen Druck auf einen Bereich des elastischen Elementes obc halb eines Kontaktstabes ausübt, bewegt sich der Kontaktslab in Richtung auf die festen Kontakte, überbrückt diese und stellt somit eine !eilende Verbindung her. Nach dem Aulheben iles Druckes kehrt das elastische [-'lenient einschließlich des Koniaktstabes in seine Trennstellung zurück.

Ähnliche Verhältnisse sind bei einer weiteren bekannten Vorrichtung (USA.-Patentschrift .1 267 233) der eingangs genannten Art gegeben. Dort handelt es sich um einen hydraulischen oiler pneumatischen Schalter, in dessen flehäuse eine als Membran wirkende. geringfügig elastische Folie eingespannt ist. Die Folie Irägl metallische Überbrückungskoiitakte, welche bei einer Driickheaiifschlagung mit zugehörigen Paaren von festen Kontakteil in Berührung kommen.

Beide bekannten Vorrichtungen bieten lierstellungstechnisehe Schwierigkeiten, da eine mechanische Verbindung zwischen den elastischen Elementen und den Überbriiekungskontakten hergestellt werden muß. Außerdem kann, da sowohl die festen Kontakte als auch die Liherhrückungskontakte aus Metall bestehen. ein Kontaktprellen auftreten, das sich insbesondere bei Tastenfeldern für elektronische, logische Schaltkreise nachteilig auswirkt, weil falsche ZilTern übertragen werden können.

Es ist weiterhin bekannt (britische Patentschrift ! 134 507). einen metallischen Kontakt an einem elastischen Element anzuordnen, wobei durch Druck auf das elastische Element der metallische Kontakt mit einem festen Kontakt in Berührung gebracht wird. Abgesehen davon, daß es sich dabei nicht um die Überbrückung mehrerer fester Kontakte handelt, treten herstelliingsiechnisch die obenerv ahnten Schwierigkeiten auf. Weiterhin muß das elastische Element durch ein /usäizliehes. ebenfalls elastisches Element gegen eine Beschädigung während der Druckeinwirkung geschützt werden. Dennoch läßt sich die Gefahr einer Beschädigung nicht völlig ausschließen, so daß die Lebensdauer beschränkt ist.

Schließlich lsi es bekannt (deutsehe Auslegeschriften 1017 252. 1060455 und deutsche Patentschrift I 03^ι> 150), elektrisch leitfähige Elastomere als Konlaktelemente zu verwenden, wobei diese Elastomere vorzugsweise von längslaufenden Drähten durchsetzt sind, um ihre leitfähigkeit zu erhöhen. Die leitfähigeii Elastomere sind als Streifen oder Schichten an elastischen Stützelementen befestigt und lassen sieh aut diese Weise unter Druck aufeinander zu bewegen und miteinander in Berührung bringen. Nach dem Aufheben des Druckes wirken die elastischen Elemente als Federn, welche die Ko-takte in ihre Ötfnungsstellung zurückführen. Auch bei diesen bekannten Anordnungen geht es nickt darum, Paare von einander zugeordneten Kontakten zu überbrücken. Die leitenden Elastomere werden vielmehr als Stromzuführung und Stromablührung miteinander in Berührung gebracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schalteranordnung der eingangs genannten Art zu schallen, die hei verbilligter Herstellung und verlängerter l.ebensdauei verbesserte elektrische Eigen·,ehalten au!weist.

Zur lösung dieser Aufgabe ist die elektrische Schalteranordnung nach der Erfindung gekennzeichnet durch eine Folie aus einem leitfähigen E.iastomer die als (.'herbrückungskontakte ausgebildete Hereiciv au^fweist, und eine zwischen der Überbrückungs kontaktfolie und den festen Kontakten angeoidneU isolierende Folie, die im Bereich der Überbrückungs kontakte und der festen Kontakte Öffnungen aufweist

Zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstände· des Anspruchs I sind in den Ansprüchen 2 his 7 ent halten.

Die eil'indungsgemäße Folie aus einem leitfähiger Elastomer übernimmt nicht nur die Funktion de Überbii'ickungskontakte, sondern auch die der Rück stellfeder. Dabei sind keineilei Metallbeschichtunget od. dgl. ei forderlich. Die Schalteranordnung ist alsc einfacher und billiger in der Herstellung.

Weiterhin kann ein Kontaktprellen vermieden weiden. Dies ist beim Schalten von Eingangssignalei

niedriger Leistung von Ikdeuiung. wie sie bei elektronischen Festkörperkreisen auftreten, wobei die Fingangsgren/schiehtkreise des Transistor und integrierter logischer Systeme normalerweise ein Schallen bei niedrigem Strom, beispielsweise wenigen MiIIiampere, bei M) Volt oder weniger erfordern.

Die Schalteranordnung nach der Hrfmdiinu weist außerdem eine verminderte elektromagnetische Interferenz auf. da die gespeicherte, der Slreukapazilät und Induktanz zugeordnete Fnergieim Verdrahtungs- ic und F.ingangskreis verzehrt oder verbraucht wird.

Fin weiterer wesentlicher Vorteil der erlindiingsgemaßen Schalteranordnung besteht darin, daß die Überhiückungskontakte bestimmte elektrische Widerstandseigenschafien auf -eisen können, so daß eine Halhleiterbrücke geschaffen weiden kann, die sicherstellt, daß die Schaltstromschwelle nicht erreicht wirci. venn die ( bcibrückungskontakte nicht eine bestimmte Bewegung ausgeführt haben. Dadurch besteht bei Verwendung in einem'Fastenfeld die Möglichkeit, falsche digitale /ilfern zu vermeiden, so daß zusätzliche Schaltkreise /ur Beseitigung dieses Problems nicht erlorderlich sind.

Die Sch.ilteianoidnung nach der Frlindung läßt sieh vorzugsweise mit auswechselbaren gedruckte)-Schaltungsplatten verwenden, um eine Tastenfeldanordnunu mit auswechselbaren logischen Kodierini gen /u schaffen. Auch ist eine Digitalkodierung in Verbindung mit einer ein/igen gedruckten Schalungsplatte möglich. 2*

Die elastomere Folie kann auf der den Überbrükkungskoniakten gegenüberliegenden Seite mit einer Isolierschicht versehen sein. Diese läßt sich als Überzug aufbringen, kann jedoch auch aus ein/einen, wahlweise miteinandci verbundenen knonf.titigen Ab- 3-, schnitten bestehen.

Die mit den Überbrückungskoniakten zusammenwirkenden festen Kontakte können entweder aus Metail oder aus einem leitenden Flastomer bestehen. Metallkontakte sind vorzuziehen, und /war auf G.und mechanischer Gesichtspunkte. Auch vereinfachen sich die iiußeren Anschlüsse, und die Kodierung läßt sieh ohne weiteres verändern. /.. B. durch Änderung des •netallis-hen Kontaktn usters auf einer gedruckten Schaltungsplatte.

Die erCmdungsgemiiße Schalteranonlnung ist im Zusammenhang mit einem Dezimaltastenfeld verwendbar. DJiei kann mit sehr niedrigen Arbeitsdrücken und kleinen Verschiebungsweuen gearbeitet .verden. Weiterhin ergibt sich eine ausreichende Ab dichtung gegen Schmutz und Fremdmaterial. Wie erwähnt, lassen sich dabei gedruckte Schaltungsplatten zur Fr/ielimg unterschiedlicher Kodierungen ohne weiteres auswechseln.

Auch kann man die Digitalkodierung dadurch erreichen, daß man eine isolierende Folie verwende!, die durch Ölfnungen nach einem vorgewählten Musler kodicil ist. und zwar im Zusammenhang mit einem einzigen Schaltkreis, der auf eine Seite einer Schaltungsplalle aufgedruckt ist, wobei ein gemeinsames öo Schallkreiselement abwechselnd mit einer Vielzahl gesonderter Schaltkreiselemeiite angeordnet ist. Fine Verändciiing der Kodierung wird durch Verwendung von unterschiedlich gemusterten, isolierenden Folien erzieh.

Soll mehr als ein einziger Sehallkreis duieh Betätigung eines i .stimmten Übeibrückungskontaktes geschlossen werden, wie dies hei kodierten Systemen allgemein der Fall ist, so ist es voüeilhali. einen Mechanismus zu verwenden, der sicherstelle -aL sämtliche regionalen Schaltkreiselemente wahren·.! der Aktivierung des Überbrückungskonlakte·* in Koiiiakt kommen. Solch ein Mechnismus kann aus ges.'i, derte Federn, Schwenkzapfen oder Hebel autweiscn den Überbrückungskonuikten bestehen. <-ie so angeordnet sind, daß sie die von Hand aufgebrachte B/-täligungskraft gleichmäßig auf die beschriebene, federnde Schalteinrichtung übertragen.

Die Schaum .'sanordnung nach der Fifindung kann auch derart konstruiert sein, daß die Kontaktw irkung erreicht wird durch eine gleitende, wischende oder rollende Wirkung des beweglichen Flementes. Beispieisweise' könnte eine Schalteranordnung konstruiert sein aus einem festen Schaltkreiselemeni mit wenigstens einem Koniakt und einem llexiblen. ledernden, elektrisch leitfähigen, nichtmetallischen Klemeni. welches gegen das Schaltkreiselement gl.-itet. wischt oder rollt, um <.kn > .ktiisclieii Anschluß otlei die elektrische Verbindung hi rvor/urufen.

Die Frtindung wird im folgenden an Hand \on .Alisführungsbeispielen im /tisammenhang mit dei Zeichnung naher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

I ig. I eine Drauisicht au! eine Schalteranordnung nach dei F.iTmduim,

Fig. 2 eine Siiinansicht der Schalteranordnung nach Fig. 1.

Fig. ϊ eine Draufsicht au! eine Knöpfe nagende überhiückungskontaktl'olie,

I- ig. 4 eine Draufsicht auf eine Schaltungsplatte,

F i u. 5 einen aiisemanderge/ogcnen Schnitt entlanu der Linie 5-5 in Fig. I.

I- i g. 6 einen Schnitt durch eine Digilalkodiercinrichtung nach der Frlindung,

Fig. 7 eine Vorderansicht zu Fig. f),

F i g. H eine Draufsicht auf ei'.e isolierende lohe.

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Schaltungsplatte,

Fig 10 eine Draufsicht auf eine Schaltungsplatte mit »Abtastung«.

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine isolierende Folie zur Verwendung mit der Schaltungsplatte nach Fig. 10.

Die Ausfiihrungsform der Filindung nach den Fig. 1 bis > stellt eine einfache Dezimaltastenl'eldanordnung dar Die F.rlindung läßt sich aber, wie ohne weiteres einzusehen ist. auch aiii kodierk Tastenfelder anwenden.

Die Schalteranordnung 11 umfaßt in Komhinatior eine äußere, starre Platte 20 mit einer Vielzahl vor Öffnungen 21. eine elektrisch leitfällige Silikonkau tschuk-Überbrückungskontaktfolie 30 gleicher Fr st reel-·'.mg wie die Platte 20 und mit einer Viel/ah von vorspringenden Überbrückungskontakten Jl, dk jeweils von einer knopfförmigen Isolierschicht M überdeckt und auf die Ölfnungen 2! ausgerichte sind, eine dünne isolierende Folie 40 gleicher Fr Streckung wie die Platte 20 und die Überbriiekungs kontaktfolie 30 mit einer VielzHil von Ölfnungen 41 die auf die Überbrückungskontaktc 31 ausgerichte sind, und eine Schaltungsplatte 50 mit einer Viel/ah von z't Paaren angeordneten festen Kontakten SI und 52, die auf die ölfnungen 41 ausgerichtet sind Fs ist nicht unbedingt erforderlich, die Überbriiekungs kontakte 31 als vorspringende Bereiche auszubilden Man kann t\cn Druck vielmehr auch auf die llachi Oberfläche der Überbrückiingskontaktfolie 30 aus üben.

5 6

Wird ein vorgewählter Knopf, im vorliegenden Fall keine Anschlüsse oder Verbindungen aufweisen muß, der Knopf »6«, heruntergedrückt, d. h., übt man die durch die Platte hindurchführen. Sämtliche Aneincn Druck auf die zugehörige Isolierschicht 32 aus, Schlüsse liegen vielmehr auf ein und derselben Oberso erstreckt sich der Überbrückungskontakt 31 durch fläche wie die aufgedruckten Schaltkreisclementc. Das die öffnung 41 in der isolierenden Folie 40 und ge- 5 ineinander verschachtelte System von Schaltkreislangt in Berührung mit dem Paar von festen Kontak- elementen bictet weiterhin die Möglichkeit, eine ten 51,52 des »6«-Kreiscs, so daß diese elektrisch unterschiedliche Kodierung lediglich dadurch zu ermitcinander verbunden werden. Beim Aufheben des zielen, daß man das Öffnungsmuster in der isoliercn-Druckes sorgt das Federungsvermögen der aus Silikon- den Folie verändert. Diese Folie kann als gesonderkautschuk bestehenden Überbrüekungskontaktfolie 31 io tes, selbsttragendes Element ausgebildet sein, oder dafür, daß der Überbrückungskontakt ohne elek- als dünne Schicht auf der Schalungsplatte nicdertrisches Rückprallen oder Prellen nach oben zurück- geschlagen werden, beispielsweise nach einem Siebkehrt und die Verbindung zwischen den festen Kon- druck- oder Fotowiderstandsverfahren,
takten 51 und 52 unterbricht. In ähnlicher Weise Bei der in den Fig. K) und Il dargestellten Aussorgt ein Druck auf einen Knopf 101, der im vor- 15 führungsiorm ist ein zusätzliches Schaltkrcisclcmcnt liegenden Fall dem Wert »Null« entspricht, dafür, 170 zwischen einem zusätzlichen Zweig 160g des gedaß sich der entsprechende Überbrückungskontakt mcinsamen Schaltkreiselementcs 160 eingeschachtelt, durch die isolierende Folie 40 erstreckt und in Bc- Die isolierende Folie 140 weist dementsprechend eine rührung entweder mit beiden oder mit einem der Reihe zusätzlicher, oberhalb des Schaltkrcisclemcntes Paare von festen Kontakten 151/152 und 251/252 ao 170 angeordneter Öffnungen 207 bis 211 auf. Bei kommt, wodurch eine elektrische Verbindung für die Betätigung einer beliebigen Taste werden sowohl die »Null«-Kreisc geschaffen wird. gesonderten Schaltkrciselcmentc 161 bis 163 mit dem

Die eine gedruckte Schaltung tragende Schallungs- gemeinsamen Schallkrciselcment 160 verbunden als platte 50 kann ohne weiteres gegen eine andere Schal- auch letzteres mit dem zusätzlichen Schaltkrcislungsplatte mit unterschiedlicher Kodierung ausge- »5 element 170. Dieses Schaltkreiselement 170 kann wechselt werden, wobei man die gleiche starre Platte somit ah »Abtastung« arbeiten und ein Empfänger-20. die gleiche Überbrüekungskontaktfolie 30 und die system darüber informieren, daß korrekte Eingabegleiche isolierende Folie 40 verwenden kann. Eine daten verfügbar sind, und auf diese Weise die Empsolche als Tastenfeld ausgebildete Schalteranordnung fänger vorrichtung betätigen, i'm die Eingabedaten nach der Erfindung kann auf diese Weise extrem viel- 30 aufzunehmen.

seitig verwendbar sein und eine große Vieizahi unter- im aiigemcinen ist es wünschenswert, das Schließen

schiedlichcr Kodierungen bei minimalem Preis der Abtastkontakte, bezogen auf das Schließen des

schaffen. Eingangsdatenkreises, zu verzögern, um sicherzu-

Bei dem in den F i g. 6 bis 9 dargestellten Ausfüh- stellen, daß die gewählten Datenkreisc bereits zu dem

rungsbeispiel ist die Schalteranordnung 111 als Digi- 35 Zeitpunkt richtig geschlossen sind, zu dem der Ab-

talkodierungsanordnung ausgebildet. Sie weist eine lastkreis geschlossen wird. Gemäß Fig. 11 wird eine

federnde, leitfähige Überbrüekungskontaktfolie 130 solche Verzögerung dadurch geschaffen, daß die Ab-

aus polymeren! Silikonkautschuk auf mit im Abstand iastöffnungen 207 bis 211 schmaler ausgebildet sind

angeordneten Knöpfen 131 bis 125 für die Ziffern 1 als die Minimalbreite, die füi die Datenschaltkreis-

bis 5. Unterhalb der Überbrüekungskontaktfolie 130 40 öffnungen verwendet wird. Es muß also eine propor-

befindet sich mit gleicher Erstreckung eine dünne, tional größere Kraft auf die Überbrückungskontakt-

isolicrende Folie 140 mit öffnungen 201 bis 204 sowie folie ausgeübt werden, wenn man ein Schließen der

einem Paar von Öffnungen 205/206, wobei die Öff- Abtastkontakte erzielen will.

nungen so angeordnet sind, daß sie durch Druck auf Materialien, die für die federnden, elektrisch Icit-

die Knöpfe 131 bis 135 mit entsprechenden Digital- 45 fähigen Überbrückungskontaktfolien verwendet wer-

indizes 1 bis 5 betätigbar sind. Unterhalb der iso- den können, umfassen im Handel erhältliche clek-

licrcndcn Folie 140 befindet sich eine Schaltungs- trisch leitfähige Silikon- oder Fluorsilikonelastomere,

platte 150 gleicher Erstreckung. Solch ein Elastomer mit Kohlenstoff als Fülls' )ff hai

Die Schaltungsplatte 150 trägt auf ihrer Oberseite die folgenden typischen Eigenschaften:

ein gedrucktes, gemeinsames Schaltkreiselement 160 so _. , . . ._c ,

in Form paralleler, eng nebeneinander unter Abstand Elektrischer spezifischer

angeordneter Zweige mit einer Klemme 160a. Zwi- „ Widerstand I₁ ⁰TT*? «_m ·»

sehen den Zweigen sind gesondev .; Schaltkette- ZugfestigkeU 52 kg/cm* (750 psi)

mente 161,162 und 163 angeordnet, die jeweils ihre Dehnung 200 bis 300«/„

eigene, gesonderte Klemme aufweisen. Somit beauf- 55 ^{H e} (^Hore A)

schlagt ein direkt oder unter Verwendung einer Iso- Leitfähige Elastomere können auch mit feinverlierschicht auf den vorgewählten Digital bereich der kleinerten metallischen Partikeln gefüllt sein, um Überbrüekungskontaktfolie aufgebrachter Druck vor- niedrigere spezifische Widerstände zu erhalten. So hai gewählte und kodierte Kontakte zwischen dem ge- solch ein Elastomer, wenn es mit metallischen Silbermeinsamen Schaltkreiselement 160 und den geson- 60 partikeln gefüllt ist, die folgenden typischen Eigendcrten Schaltkreiselementen 161 bis 163. Beim Auf- schäften:
heben des Druckes federt die Überbrückungskontakt- _Πι_Λΐ,,·.»ι,_βΡ ,™»,;fie„h
folie zurück und unterbricht die Schaltkreisverbin- fciektriscner spezmscner
. Widerstand 0,Ü01 bis 0,010 ohm-crr

Hin derartiges Digitalstem kann als Tastenfeld 6₅ Zugfestigkeit 17,6 bis 28 1 kg/cm*

/um manuellen Einspeisen von Daten in ein Daten- 1250 bis 400 psi)

vcrarbcilungssyslem verwendet werden. Ein wcsent- Dehnung 60bisl50^e/e

licher '/orteil liegt darin, daß die Schalungsplatte Härte 30 bis 60 (Shore A)

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

3586

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schalteranordnung mit mehreren, durch Druck bcläligbaren Überbrüekungskontaklcii zur Verbindung von festen Kontakten, gekennzeichnet durch eine Folie (30) aus S einem leitfähigen Elastomer, «lic als Üherhrükkunuskontakte (31) ausgebildet Bereiche aufweisi. und eine zwischen der ('bcrbrüekungskontaktfolie und den festen Kontakten (51. 52) angeordnete isolierende Folie (40), die im Beieich i-i der Iberbrückuiigskontaktc (I) und der festen Kontakte (51. 52) Öllnungen (41) aufweist.

2. Schalleranordnung nach Anspruch 1. mit mehreren diskreten Bereichen zur Betätigungsdruckaufnahme. die durch unempliiidliche Be- -.5 reiche getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alv.taiulselement (40) den leitfähigen Elastomer \on den Kontakten (51, 52) trennt.

.1. Schalteranordnung nach Anspruch 2. dadurch g.·, emizeichnet, daß die diskreten Bereiche leweils verschiedenen Schaitkreisen zugeordnet sind und mi ausgebildet sind, daß sie durch Fingerdruck betätigt werden können.

4. Schalleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ^s dai'< die durch den Übe/bi üekungskontakt (31) verbundenen Kontakte (51, 52) elektrische Leiter in einer gedruckten Schaltung bilden.

5. Schalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine alliiere staue l^>latte(20), die durch ÖITnimgen (21) uKukenipündlicIie Schalt, ie reiche begrenzt.

(y Schalteranordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Isolk.schicht (32), die auf dem Elastomer im Bereich der Öllnungen (21) angeordnet ist.

7. Schalleranordnung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dal.'i das leitfahige Elastomer die elektrischen W ideistandseigensjhaften von Kohleiisioll enthaltenden Silikon- und lluorsilikonelastomeren aufweist.